A felgyorsult iparosodás következtében a magas{0}}koncentrációjú, ellenszegült szennyvíz olyan iparágakból, mint a festés, a gyógyszeripar és a vegyipar, alapvető környezetszennyezési problémává vált. A hagyományos biológiai tisztítási módszerek nem hatékonyak az erősen mérgező és kromatikus szennyvizek esetében, míg a fejlett oxidációs technológiák a magas költségek szűk keresztmetszetével néznek szembe. A vas-szén mikro-elektrolízis (Fe/C Micro-Elektrolízis), mint zöld és alacsony fogyasztású fiziko-kémiai előkezelési eljárás, jelentősen javítja a szennyvíz biológiai lebonthatóságát, és hatékonyan bontja le a szennyező anyagokat az ipari szennyvíz szinergetikus technológiai hatása révén, amely az elektrokémiai durva oxidációvá válik. kezelési rendszerek.
Műszaki alapelvek
Az 1970-es években a vas-szén mikro-elektrolízis technológiáját először a szennyvízkezelésben alkalmazták. Mivel a mikro-elektrolízis technológia összhangban van a „hulladék hulladékkal való kezelése” környezetvédelmi koncepciójával, magas költséghatékonysági aránya és jó kezelési eredménye, ma már széles körben használják különféle ipari szennyvizek kezelésére. A vas-szén mikro-elektrolízis technológiával történő szennyezőanyag-eltávolítás reakciómechanizmusa a 4. ábrán látható, főként az oxidációs-redukciós reakciókkal, flokkulációval és adszorpcióval, elektrokémiai dúsítással és fizikai adszorpcióval.
1) Oxidációs -redukciós reakciók
A vas-szén mikro-elektrolízis technológiája vasat (anódot) és szenet (katódot) helyez az ipari szennyvízbe, és így galvánelemet képez, és egy sor oxidáló és redukáló anyagot hoz létre a szennyvízben lévő szennyező anyagok lebontására. A vasanód elektródpotenciálja, E(Fe/Fe2+), -0,44V, ami 1,2V potenciálkülönbséget hoz létre a szénkatódhoz képest, ami lehetővé teszi, hogy mindkét elektródán elektródreakciók lejátszódjanak.
2) flokkuláció és adszorpció.
A mikro{0}}elektrolízis reakció során az anód fém korrodálódik, és fémionok keletkeznek. Lúgos körülmények között ezek a fémionok nagy fajlagos felületű hidroxid pelyheket képeznek, amelyek az ipari szennyvízben gyorsan adszorbeálhatják az oldott szerves anyagokat és a lebegő szerves részecskéket. Ha a pelyhesűrűség nagyobb, mint a szennyvíz sűrűsége, a szilárd-folyadék elválasztása levegőztetéssel, flotációval vagy ülepítéssel érhető el.
3) Elektrokémiai dúsítás.
A mikro{0}}elektrolízis folyamata során az anódon és a katódon elektródareakciók lépnek fel, amelyek között stabil elektromos tér jön létre. A szennyvízben lévő töltött részecskék és kolloidok az elektrosztatikus vonzás hatására ellentétes töltések vonzásának elve szerint mozognak, ami elektroforézist eredményez. Végül a töltött részecskék és kolloidok felhalmozódnak az elektródákon, ami elektrokémiai aggregációval eltávolítja a töltött anyagokat a vízből.
4) Fizikai adszorpció.
Jelenleg az aktív szenet (AC) többnyire katódanyagként használják a mikro{0}}elektrolízis csomagolásában. Számos belső pórusa erős adszorpciós képességet biztosít, hatékonyan adszorbeálja a szennyvízben lévő szerves szennyeződéseket és nehézfém-ionokat.
A vas-szén mikro-elektrolízis technológiáját széles körben használják különféle ipari szennyvizek kezelésére.
A diazóniumsós szennyvíz vas-mikro-elektrolízis technológiával történő kezelésének optimális folyamatkörülményei a következők: szobahőmérséklet, a szennyvíz kezdeti pH-ja=2, folyadék-/-szilárdanyag-arány 12:5, reakcióidő 2,0 óra. Ilyen körülmények között a KOI eltávolítási arány eléri a 60,28%-ot.
A festési és nyomtatási szennyvizek kezelésére vas-szén felhasználásával végzett mikro-elektrolízist alkalmaztak. Optimális reakciókörülmények között a szennyvízben a KOI, a zavarosság, a szín, az ammónia-nitrogén és a TOC eltávolítási aránya rendre 75,48%, 87,88%, 75,34%, 92,01% és 81,09%. A folyamatot spektroszkópiai és gázkromatográfiás-tömegspektrometriával igazolták, hogy hatékonyan lebontsák a szennyező anyagokat, például az észtereket és az alkoholokat, kis molekulájú szerves szennyeződésekké alakítva őket, amelyek könnyen biokémiailag kezelhetők.
A finomítói szennyvíz előkezelésére nulla-értékű vasat és szemcsés aktív szenet használó mikro-elektrolízis rendszert használtak. pH=3, nulla -valens vasadagolás 30 g/l, granulált aktívszén adagolás 5,75 g/l és reakcióidő 15 perc, a rendszer 38,3%-os KOI-eltávolítási arányt ért el a finomítói szennyvíz esetében.
Kulcsfontosságú folyamatparaméterek
1. pH-szabályozás:
Savas környezet (pH=2~3): Fokozza a katód hidrogénfejlődési reakcióját és elősegíti a [H] képződést, de mérlegelni kell a berendezés korróziójának kockázatát.
Semleges átmenet: A pH-t 8-9-re kell állítani, hogy lehetővé tegye a vasionok megfelelő pelyhesedését és kicsapódását.
2. Innovatív csomagolási szerkezet:
Csomósodásgátló-konstrukció: Használjon vas-szén-részecskéket (például Fe/C@Al₂O₃) vagy fluidágyas reaktorokat a tömítés passzivációjának csökkentése érdekében.
Katalitikus módosítás: A fémekkel, például rézzel és mangánnal való töltés javítja az elektronátvitel hatékonyságát (15%-20%-kal növelhető a KOI eltávolítási sebesség).
3. Dinamikus levegőztetés szabályozás:
A 3:1 és 5:1 közötti levegő{0}}víz arány megakadályozza a csomagolóanyagok csomósodását, és oxidálószert biztosít.
Az időszakos levegőztetési mód (10 perc levegőztetés, 20 perc leállítás) az energiafogyasztás 30%-át takaríthatja meg.
4. Csomagolástechnikai tervezési paraméterek:
Particle Size Distribution: The packing particle size should not be too small. It is recommended to use 2-5cm shuttle-shaped packing with a porosity >60% and a strength >600 kg/m².
Csomagolási halmozási magasság: 2,0-3,0 m között ajánlott a túlzott csomagolási sűrűség elkerülése érdekében.
Nettó magasság: 1,2-1,5 m effektív reaktormagasság, 20%-os tágulási térrel.
Vas-szén tömegarány: 3:1-5:1, növelje a szénarányt a nagy szerves terhelések esetén.
Technológiai csatolás
1. Mikro-elektrolízis-Fenton (ME-Fenton) társ-eljárás
Mikro-elektrolízissel előállított Fe²⁺ felhasználása a H₂O₂ in situ katalizálására: Előnyök: Nincs szükség külső vassókra, az iszaptermelés 40%-kal csökken, alkalmas magas-koncentrációjú szennyvízhez, KOI > 5000 mg/L.
2. Mikro-elektrolízis-biológiai módszer (ME-BAF) kombinációja
Folyamatfolyamat: Mikro-elektrolízis cella → Semlegesítő ülepítés → Levegőztetett biológiai szűrő (BAF)
Szinergikus hatások:
A mikro{0}}elektrolízis eltávolítja a biotoxikus anyagokat (például a formaldehidet és a fenolt)
Javítja a szennyvíz biológiai lebonthatóságát (BOD₅/KOI 0,15-ről 0,35-0,45-re nő)
Az oldható szerves anyagok mélyreható eltávolítása biológiai módszerekkel
3. Mikro-elektrolízis-membránleválasztó technológia
ME-UF/MF: A mikroelektrolízis pelyhek a membránkezelés előtti előkezelésként szolgálnak, csökkentve a membrán eltömődését és 25%-kal növelve a fluxus visszanyerési arányát.
Jövőbeli fejlődési trendek
1. Folyamatintegráció:
"Mikro-elektrolízis-membránbioreaktor" (ME-MBR): Mikro-elektrolízis előkezelés + biokémiai javítás + membránleválasztás közel-nulla károsanyag-kibocsátást eredményez.
2. Anyagfunkcionalizálás:
Nano-nulla-valens vas-szén-kompozit anyag: A fajlagos felület 200 m²/g-ra nőtt, a reakciósebesség pedig háromszorosára nőtt.
3. Intelligens vezérlés:
AI Dynamic Optimization System: Valós időben állítja be a pH-t és a levegőztetési sebességet a vízminőség-érzékelő adatai alapján, így 15-25%-kal csökkenti az energiafogyasztást.
